(57)【要約】  【課題】  磁界印加時における磁気転写用マスター担体の表面上の磁界強度分布を測定する。  【解決手段】  走査型磁気力顕微鏡１に、サンプル台２に永久磁石11およびサンプル台２に載置されるサンプルに対して永久磁石11を接離方向に移動する移動手段とを備える。サンプル台２にマスター担体30を載置し、マスター担体30に所望の強度の磁界が印加できるように可変つまみ12を回転させ永久磁石11の位置を調整した上で、マスター担体30の表面上をプローブ３で走査することにより、マスター担体表面上の漏れ磁界の強度分布を測定する。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプル表面上をプローブ走査することにより、該プローブとサンプルとの間に働く磁気力の変化を観察する走査型磁気力顕微鏡であって、
サンプル台が、載置されるサンプルに対して垂直もしくは水平方向の磁界を印加する永久磁石を備えたものであることを特徴とする走査型磁気力顕微鏡。
【請求項２】
載置されたサンプルに対して前記永久磁石を接離方向に移動させる移動手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の走査型磁気力顕微鏡。
【請求項３】
サンプル表面上をプローブ走査することにより、該プローブとサンプルとの間に働く磁気力の変化を観察する走査型磁気力顕微鏡のサンプル台であって、
載置されるサンプルに対して垂直もしくは水平方向の磁界を印加する永久磁石を備えたことを特徴とするサンプル台。
【請求項４】
載置されたサンプルに対して前記永久磁石を接離方向に移動させる移動手段を備えたことを特徴とする請求項３記載のサンプル台。
【請求項５】
請求項１または２記載の走査型磁気力顕微鏡を用いた磁気力観察方法であって、
前記サンプル台上に磁性体からなるサンプルを載置し、
該サンプルに対して前記永久磁石により磁界を印加した状態で、前記磁気力の変化を観察することを特徴とする磁気力観察方法。
【請求項６】
前記サンプルとして、磁性層信号パターンを表面に有する磁気転写用パターンドマスター担体を用い、該マスター担体のパターン形状に基づく前記磁気力の変化を観察するものであることを特徴とする請求項５記載の磁気力観察方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走査型磁気力顕微鏡およびそのサンプル台、ならびに走査型磁気力顕微鏡を用いた磁気力観察方法に関するものであり、特に磁界印加時における磁気転写用パターンドマスター担体の表面の漏れ磁界の状態を検出するのに適した走査型磁気力顕微鏡およびそのサンプル台ならびに磁気力観察方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、少なくとも表層に磁性層を有するサーボ信号等の転写パターンが凹凸形状あるいは埋め込み構造で形成されたマスター担体（パターンドマスター担体）を、磁気記録層を有するスレーブ媒体と密着させた状態で、磁界を印加してマスター担体が担持した情報に対応する磁化パターンをスレーブ媒体の磁気記録層に転写記録する方法が提案されている（例えば特許文献１、２参照）。
【０００３】
磁気転写後のスレーブ媒体上における転写パターンの優劣はマスター担体からの漏れ磁界（転写磁界）の状態に左右される。したがって、所望の転写幅（ビット長）で精度よく転写を行うためには、磁化反転領域において均一な強度の転写磁界が発生していることが望ましい。一方、この転写磁界が不均一な場合、磁化パターン転写後のスレーブ媒体における出力低下を招く虞がある。
【０００４】
したがって、転写時におけるマスター担体からの漏れ磁界の状態を明らかにすることが望まれる。
【特許文献１】特開平１０−４０５４４号公報
【特許文献２】特開２００１−１４６６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、磁界印加時のマスター担体からの漏れ磁界の状態（強度分布）を得る手段がなかった。磁性体試料の表面を磁性探針で走査することにより、肉眼では確認できないような試料の磁化の状態（試料表面の磁界強度分布）を観測することができる装置として走査型磁気力顕微鏡があるが、市販の走査型磁気力顕微鏡では、試料に磁界を印加した状態で観測することはできない。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、磁界印加時における磁気転写用パターンドマスター担体の表面の漏れ磁界の状態を検出することができる走査型磁気力顕微鏡およびそのサンプル台ならびに磁気力観察方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の走査型磁気力顕微鏡は、サンプル表面上をプローブ走査することにより、該プローブとサンプルとの間に働く磁気力の変化を観察する走査型磁気力顕微鏡であって、
サンプル台が、載置されるサンプルに対して垂直もしくは水平方向の磁界を印加する永久磁石を備えたものであることを特徴とする。
【０００８】
すなわち、本発明の走査型磁気力顕微鏡は、サンプル台に永久磁石を備えたことにより、磁界印加状態でのサンプル表面の磁界強度分布を観察することができるものであることを特徴とする。
【０００９】
さらに、本発明の走査型磁気力顕微鏡は、載置されたサンプルに対して永久磁石を接離方向に移動させる移動手段を備えたものであることが望ましい。
【００１０】
なお、サンプル台に対して永久磁石を取外し容易に備え、異なる強度の磁場を発生させる永久磁石を複数用意しておき、サンプルに応じて所望の磁界強度を印加することができる永久磁石を適宜選択してサンプル台に備えるようにしてもよい。
【００１１】
本発明の走査型磁気力顕微鏡のサンプル台は、サンプル表面上をプローブ走査することにより、該プローブとサンプルとの間に働く磁気力を観察する走査型磁気力顕微鏡のサンプル台であって、
載置されるサンプルに対して垂直もしくは水平方向の磁界を印加する永久磁石を備えたことを特徴とする。
【００１２】
さらに、本発明のサンプル台は、載置されたサンプルに対して永久磁石を接離方向に移動させる移動手段を備えたものであることが望ましい。
【００１３】
本発明の走査型磁気力顕微鏡を用いた本発明の磁気力観察方法は、前記サンプル台上に磁性体からなるサンプルを載置し、
該サンプルに対して前記永久磁石により磁界を印加した状態で、前記磁気力の変化を観察することを特徴とする。
【００１４】
特に、本発明の磁気力観察方法は、サンプルとして、磁性層信号パターンを表面に有する磁気転写用パターンドマスター担体を用い、該マスター担体のパターン形状に基づく前記磁気力の変化を観察するのに好適である。
【００１５】
「磁気転写用パターンドマスター担体」は、基本的に転写すべき情報を凹凸パターンとして備えた担体であり、凹凸パターンを表面に有する磁性体基板のみからなるもの、凹凸パターンを表面に有する基板と該基板上の少なくとも凸部上面に積層された磁性層とからなるもの、凹凸パターンを表面に有する基板と該基板の凹部に埋め込まれた磁性層とからなるもの、平板基板上に表面に凹凸パターンを有する磁性層が形成されてなるもの等が挙げられる。すなわち、磁気転写用パターンドマスター担体としては、被転写媒体と接触する部分において磁性層による信号パターンを有するものであれば、表面が凹凸パターン形状とされているものであってもよいし、凹部が磁性層で埋め込まれて表面が平坦とされたものであってもよい。なお、基板、磁性層のみならず、磁性層上にさらに保護層、潤滑剤層等が積層されていてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の走査型磁気力顕微鏡は、そのサンプル台が、載置されるサンプルに対して垂直もしくは水平方向の磁界を印加する永久磁石を備えたものであるため、磁界印加時におけるサンプル表面の磁界強度分布を容易に観察することができる。なお、磁界印加手段としては、永久磁石のほか、電磁石を用いることも考えられるが、電磁石を備えると装置が大型化するという問題がある。
【００１７】
また、載置されたサンプルに対して永久磁石を接離方向に移動させる移動手段を備えれば、サンプルに印加する磁界強度を容易に変化させることができる。
【００１８】
本発明の走査型磁気力顕微鏡のサンプル台は、載置されるサンプルに対して垂直もしくは水平方向の磁界を印加する永久磁石を備えているので、磁界印加時におけるサンプル表面の磁界強度分布を観察する場合に有用である。市販の走査型磁気力顕微鏡のサンプル台と本発明のサンプル台とを交換するだけで、市販の走査型磁気力顕微鏡を利用して、磁界印加時のサンプル表面の磁界強度分布を観察することができるためコスト抑制に繋がる。
【００１９】
本発明の磁気力観察方法は、本発明の走査型磁気力顕微鏡を用いた磁気力観察方法であって、サンプルに対して永久磁石により磁界を印加した状態で、磁気力の変化を観察するものであるため、磁界印加条件下で使用するサンプルについて使用環境と同一条件下での磁化状態を観察することができ、該サンプルの形状、作製条件、使用条件等の決定における有用な参考資料とすることができる。
【００２０】
特に、サンプルとして、磁性層信号パターンを表面に有する磁気転写用パターンドマスター担体を用い、該マスター担体のパターン形状に基づく磁気力の変化を観察すれば、磁気転写時におけるマスター担体表面における漏れ磁界の強度分布を得ることができるため、マスター担体のパターン形状、作製条件、磁気転写条件等の決定における有用な参考資料とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明の走査型磁気力顕微の概略構成を示す図である。走査型磁気力顕微鏡１は、サンプル（ここでは磁気転写用パターンドマスター担体30）が載置されるサンプル台２と、サンプル表面を走査するプローブ３を備えたカンチレバーと、プローブ３を制御すると共に、プローブ３とサンプルとの間に働く磁気力を測定する制御測定部４とを備えてなるものである。なお、サンプル台２は図示しない顕微鏡基台にねじ止めにて固定されており、該基台に対して取外し可能となっている。
【００２３】
サンプル台２は、サンプルが載置される、ステンレス等の非磁性材料からなる筐体10と、該筐体10に内蔵されている永久磁石11と、該永久磁石11をサンプルに対して接離方向（図中矢印Ａ方向）に移動させる移動手段である磁石位置可変手段とを備えている。永久磁石11は、載置されるサンプルに対して垂直な方向（図１中においては垂直上向き）の磁界を印加するものである。
【００２４】
磁石位置可変手段は、不図示の歯車ネジ機構と、筐体10に備えられた可変つまみ12とからなり、可変つまみ12を図中矢印Ｂ方向に回転させることにより歯車ネジ機構を介して永久磁石11を矢印Ａ方向に移動することにより、サンプルに印加される磁界強度が調節することができる。永久磁石11はサンプル台２から取外し可能となっており、磁界の向きを逆転させたい場合には、永久磁石11の設置の向きを反転させることができる。なお、図１に示すように配置された磁石を備えたサンプル台とは別に、サンプル台のサンプルに対して垂直下向きの磁界を印加する磁石を備えたサンプル台を用意して、用途に応じていずれかのサンプル台を適宜選択して利用するようにしてもよい。また、磁石位置可変手段を備えず、強度の異なる複数の永久磁石を用意しておき、所望の磁界強度に応じて適宜選択して筐体内部に挿入するようにしてもよい。
【００２５】
プローブ３としては、印加磁界の影響を受けないようにするために、パーマロイからなる低モーメントプローブを備えている。
【００２６】
この磁気力顕微鏡を用いた磁気力観察方法の概略は以下の通りである。
【００２７】
サンプル台２に磁性体サンプルを載置する。磁性体サンプルには、サンプル台筐体10内部の永久磁石11から垂直方向の磁界が印加される。磁石位置可変手段により永久磁石11からサンプルに印加される磁界の大きさを調整する。なお、磁石位置とサンプル載置位置での磁界強度との関係を予め求めておき、両者の関係に基づいて所望の磁界強度となる位置に磁石を移動させるようにすればよい。
【００２８】
このように磁性体サンプルに垂直方向の磁界が印加されている状態でサンプル表面をプローブ３で走査してサンプル表面上の磁界強度分布を測定する。実際の測定原理は従来の磁気力顕微鏡のものと同様であり、プローブ３を備えたカンチレバーを上下方向に強制振動させて、このカンチレバーの振幅、位相あるいは周波数のズレ等を制御測定部において検出することにより、プローブ３とサンプルとの間に働く磁化力の変化すなわちサンプル表面上の磁界強度分布を測定するものである。
【００２９】
このようにして、垂直磁界印加時の磁性体サンプルの磁化状態、サンプル表面における磁界強度分布等の情報を得ることができる。
【００３０】
図２は、本発明の別の走査型磁気力顕微鏡の概略構成図を示すものである。図１に示した磁気力顕微鏡と同一の部分には同符号を付し詳細な説明を省略する。本実施形態の磁気力顕微鏡は、サンプル台２’の筐体10に内蔵されている永久磁石の形態においてのみ第１の磁気力顕微鏡と異なるものである。本実施形態のサンプル台２’は、筐体10内部に２つの永久磁石21を備えている。２つの永久磁石21は、互いに異なる極が対向するよう平行に並べて配置されており、載置されるサンプルの表面に対して水平な方向に磁界を印加するものである。なお、永久磁石21により広い範囲に亘って一様な水平方向の磁界領域を発生させるのは困難であるため、観察領域が一様磁界領域より広い場合には、サンプルと磁石21を互いに水平な方向に移動させつつ観察すればよい。
【００３１】
次に、本発明の走査型磁気力顕微鏡を用いて磁気力を観察する対象たるサンプルとして好適な磁気転写用パターンドマスター担体30について説明する。
【００３２】
既述の通り、磁気転写用パターンドマスター担体30は、基板と磁性層とを備えてなるものであり、情報担持面を磁気記録層を有する記録媒体の該磁気記録層と表面を密着させて磁界を印加することにより、マスター担体が担持する転写パターンに応じた磁化パターンを磁気記録層に転写するものである。本実施形態のマスター担体30は、円盤状に形成されており、その表面にスレーブ媒体である記録媒体に転写すべき情報に応じた凹凸パターンを転写パターンとして有するものである。例えば、表面に凹凸パターンを有する基板31と、該基板31上に形成された磁性層32とを備えてなるものが挙げられる（図３参照）。
【００３３】
基板31は強磁性を有するものであり、Ｎｉ、もしくはＮｉを主成分とする合金からなるものが特に好ましい。表面に凹凸パターンを有する基板31の作製は、スタンパー法、フォトリソグラフィー法等を用いて行うことができる。基板の凸部高さ（凹凸パターンの深さ）は、例えば50〜800ｎｍであり、凹凸パターンの凸部の半径方向の長さは0.05〜20μｍ、円周方向は0.05〜5μｍである。
【００３４】
磁性層32の磁性材料としては、Ｃｏ、Ｃｏ合金（ＣｏＮｉ、ＣｏＮｉＺｒ、ＣｏＮｂＴａＺｒ等）、Ｆｅ、Ｆｅ合金（ＦｅＣｏ、ＦｅＣｏＮｉ、ＦｅＮｉＭｏ、ＦｅＡｌＳｉ、ＦｅＡｌ、ＦｅＴａＮ）、Ｎｉ、Ｎｉ合金（ＮｉＦｅ）が挙げられる。磁性層32としては、主として軟磁性もしくは半硬質磁性等の保磁力の小さい磁性層が用いられている。なお、磁性層の厚み（凸部上面の磁性層の厚み）は、50〜500ｎｍである。
【００３５】
なお、磁性層32の上に耐久性向上のために５〜30ｎｍのダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）等の保護膜が設けられていてもよいし、さらに潤滑剤層が設けられていてもよい。また、磁性層と保護膜の間に、Ｓｉ等の密着強化層が設けられていてもよい。
【００３６】
次に、支持体の片面もしくは両面に磁気記録層が形成されたハードディスク、フレキシブルディスク等の円盤状記録媒体であるスレーブ媒体に対して、磁気転写用パターンドマスター担体を用いて情報を転写する磁気転写方法の基本工程を説明する。
【００３７】
図３は、磁気記録層22として垂直磁気記録層を有するスレーブ媒体20に対して磁気転写を行う基本工程を説明するための図である。
【００３８】
図３(ａ)に示すように、予めスレーブ媒体20に初期直流磁界Ｈinをトラック面に垂直な一方の向きに印加して磁気記録層22の磁化を初期直流磁化させておく。その後、図３(ｂ)に示すように、このスレーブ媒体20の記録面20ｂとマスター担体30の転写パターン面とを密着させ、スレーブ媒体20のトラック面に垂直な方向に前記初期直流磁界Ｈinとは逆方向の磁界Ｈduを印加する。スレーブ媒体20とマスター担体30の転写パターンの凸部とが密着した箇所において、磁界Ｈduはマスター担体30の凸部に吸いこまれてこの部分に対応するスレーブ媒体20の磁化が反転し、マスター担体30の凹部に対応するスレーブ媒体20の部分の磁化は反転しない。その結果、図３(ｃ)に示すように、スレーブ媒体20の磁気記録層20ｂにはマスター担体30の凹凸パターンに応じた情報（例えばサーボ信号）が磁気的に転写記録される。
【００３９】
上記のようにしてパターンドマスター担体を用いて垂直磁気記録層を有する記録媒体に磁気転写を行う際の磁界Ｈdu印加時には、図３（ｂ）に点線で示すような磁束が発生していると推測されていたが、実際のマスター担体30の表面上における転写磁界強度分布（漏れ磁界強度分布）を測定する手段がこれまでなかった。
【００４０】
図１に示した本発明の第１の実施形態の磁気力顕微鏡を用いれば垂直磁界印加時のマスター担体表面における漏れ磁界強度分布の状態が観測可能であり、以下に上述の第１の実施形態の磁気力顕微鏡を用いてマスター担体30に垂直磁界を印加した際の表面の磁界強度分布を観察する方法を説明する。
【００４１】
なお、ここで用いるサンプル台２の永久磁石11は、マスター担体30に対して転写時の印加磁界Ｈduと略同一の強度の磁界を印加することができるものである。また、マスター担体30全域に亘って略同一の磁界を印加することができるように、永久磁石11として、マスター担体の直径（2.5〜3.5インチ程度）より大きい直径の断面を有する円柱状の磁石を備えている。
【００４２】
マスター担体30を、転写パターン面（表面）を上にした状態でサンプル台２に載置する。印加磁界はスレーブ媒体の磁気記録層の保磁力Ｈｃの0.6〜1.3倍程度であり、例えば、保磁力が199ｋＡ／ｍ（≒2500Ｏｅ）のスレーブ媒体への磁気転写に用いる場合には、印加磁界を保磁力Ｈｃと同等の199ｋＡ／ｍとする。したがって、ここでは、仮にマスター担体表面で199ｋＡ／ｍの磁界を発生するように永久磁石の種類および位置を調整する。
【００４３】
このように表面に垂直な方向に所定強度の磁界が印加されているマスター担体30の表面をプローブ３で走査し、プローブ３とマスター担体30との間に働く磁気力を観測する。これにより、実際の垂直磁気記録層を有するスレーブ媒体への磁気転写時におけるマスター担体表面の漏れ磁界の強度分布を得ることができる。
【００４４】
図４は、磁気記録層42として面内磁気記録層を有するスレーブ媒体40に対して磁気転写を行う基本工程を説明するための図である。
【００４５】
図４(ａ)に示すように、予めスレーブ媒体40にトラック方向（トラック面に水平な方向）の一方の向きの初期直流磁界Ｈinを印加して磁気記録層42の磁化を初期直流磁化させておく。その後、図４(ｂ)に示すように、このスレーブ媒体40の記録面40ｂとマスター担体30の転写パターン面とを密着させ、スレーブ媒体40のトラック方向に前記初期直流磁界Ｈinとは逆方向の磁界Ｈduを印加する。スレーブ媒体40とマスター担体30の転写パターンの凸部とが密着した箇所において、磁界Ｈduはマスター担体30の凸部に吸い込まれ、この部分に対応するスレーブ媒体40の磁化は反転せず、マスター担体30の凹部に対応するスレーブ媒体40の部分の磁化がマスター担体30の凸部からの漏れ磁界により反転する。その結果、図４(ｃ)に示すように、スレーブ媒体40の記録面40ｂの磁気記録層42にはマスター担体30の凹凸パターンに応じた情報（例えばサーボ信号）が磁気的に転写記録される。
【００４６】
上記のようにしてパターンドマスター担体を用いて面内磁気記録層を有する記録媒体に磁気転写を行う際の磁界Ｈdu印加時には、図４（ｂ）に点線で示すような磁束が発生していると推測されていたが、実際のマスター担体30表面上における転写磁界強度分布（漏れ磁界強度分布）を測定する手段がこれまでなかった。
【００４７】
図２に示した本発明の第２の実施形態の磁気力顕微鏡を用いれば面内磁界印加時のマスター担体表面における漏れ磁界強度分布の状態が観測可能であり、以下に上述の第２の実施形態の磁気力顕微鏡を用いてマスター担体30に面内磁界を印加した際の表面の磁界強度分布を観察する方法を説明する。
【００４８】
なお、ここで用いるサンプル台２’の永久磁石21は、マスター担体30に対して転写時の印加磁界Ｈduと略同一の強度の磁界をマスター担体表面に平行な方向（面内方向）に印加することができるものである。
【００４９】
マスター担体30を、転写パターン面（表面）を上にした状態でサンプル台２’に載置する。上述の垂直方向への磁界印加の場合と同様に、仮にマスター担体表面で199ｋＡ／ｍの磁界を発生するように永久磁石21の種類および位置を調整する。
【００５０】
このように表面に平行な方向に所定強度の磁界が印加されているマスター担体30の表面をプローブ３で走査し、プローブ３とマスター担体30との間に働く磁気力を観測する。これにより、実際の面内磁気記録層を有するスレーブ媒体への磁気転写時におけるマスター担体表面の漏れ磁界の強度分布を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る走査型磁気力顕微鏡の概略構成を示す図
【図２】本発明の第２の実施形態に係る走査型磁気力顕微鏡の概略構成を示す図
【図３】垂直磁気記録媒体への磁気転写方法の基本工程を示す図
【図４】面内磁気記録媒体への磁気転写方法の基本工程を示す図
【符号の説明】
【００５２】
１，１’    走査型磁気力顕微鏡
２，２’    サンプル台
３    プローブ
４    制御測定部
10    筐体
11，21    永久磁石
12    可変つまみ
20，40    スレーブ媒体
30    磁気転写用パターンドマスター担体
31    基板
32  磁性層
【図１】
2005129098.tif 000003
【図２】
2005129098.tif 000004
【図３】
2005129098.tif 000005
【図４】
2005129098.tif 000006